專利名稱：一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種節(jié)能燈，尤其是涉及一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路。
背景技術：
隨著世界各國對節(jié)能減排要求的提高，節(jié)能燈因其“節(jié)能”的特點已被世界所認可，多個國家和地區(qū)相繼立法，規(guī)定將白熾燈按功率的大小逐步淘汰。另外，為了促進節(jié)能燈的不斷改進，歐洲頒布了 EUP標準，標準規(guī)定，EUP第五階段(2013年)時，整燈的開關次數(shù)將需達到3萬次，啟動時間需小于I秒。當前，節(jié)能燈普遍采用基于磁環(huán)驅動的自激式半橋電路的設計方法，其存在振蕩頻率穩(wěn)定控制難度大、啟動時間過長等問題，無法保證工作頻率的準確性和穩(wěn)定性，使得產品的性能不穩(wěn)定，無法達到上述的標準。目前，市場上存在使用它激式半橋驅動集成電路的節(jié)能燈，這種半橋驅動集成電路包括內部電源模塊、絕對值模塊、有效值模塊、緩沖器、過流保護模塊、容性保護模塊、過溫保護模塊、數(shù)字邏輯控制模塊、壓控振蕩器、功率管模塊和功率管驅動模塊，雖然可以有效地解決上述問題，但由于該種節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的工作頻率較低，諧振電感的尺寸較大，從而增大了鎮(zhèn)流器的體積，使得節(jié)能燈的制造成本較高。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠大幅減小節(jié)能燈鎮(zhèn)流器體積，有效降低節(jié)能燈制造成本的節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路。本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，包括恒電流控制模塊、過流保護模塊、容性保護模塊、數(shù)字邏輯控制模塊、溫度保護模塊、壓控振蕩器、功率管驅動模塊、功率管模塊和給各模塊單元供電的內部電源模塊，所述的恒電流控制模塊與所述的壓控振蕩器電連接，所述的容性保護模塊與所述的恒電流控制模塊電連接，所述的容性保護模塊電連接有供電反饋端，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的恒電流控制模塊電連接，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的溫度保護模塊電連接，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的壓控振蕩器電連接，所述的壓控振蕩器與所述的過流保護模塊電連接，所述的恒電流控制模塊電連接有電流檢測輸入端，所述的電流檢測輸入端與所述的過流保護模塊電連接，所述的壓控振蕩器與所述的功率管驅動模塊電連接，所述的功率管驅動模塊與所述的功率管模塊電連接，所述的內部電源模塊電連接有電源輸入端和芯片地端，所述的壓控振蕩器電連接有強制抖頻模塊。所述的強制抖頻模塊包括偏置電流源、抖頻頻率振蕩器、抖頻頻率控制電流源、力口法器、對稱設置的第一電流鏡和第二電流鏡，所述的抖頻頻率振蕩器與所述的抖頻頻率控制電流源電連接，所述的偏置電流源與所述的加法器電連接，所述抖頻頻率控制電流源與所述的加法器電連接，所述的加法器與所述的第一電流鏡電連接，所述的加法器與所述的第二電流鏡電連接，所述的壓控振蕩器包括第一遲滯比較器、二分頻電路和充放電電容，所述的第一遲滯比較器的輸出端與所述的二分頻電路電連接，所述的第一遲滯比較器的正輸入端電連接有輸入參考電壓，所述的充放電電容的第一連接端與所述的第一遲滯比較器的負輸入端電連接，所述的充放電電容的第二連接端接地，所述的第一電流鏡的供電電流大小控制端與所述的充放電電容的第一連接端電連接，所述的第二電流鏡的供電電流大小控制端通過開關與所述的充放電電容的第一連接端電連接，所述的開關與所述的第一遲滯比較器的輸出端電連接。所述的恒電流控制模塊包括絕對值模塊、有效值模塊和緩沖器模塊，所述的絕對值模塊與所述的電流檢測輸入端電連接，所述的絕對值模塊與所述的有效值模塊電連接，所述的容性保護模塊與所述的有效值模塊電連接，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的有效值模塊電連接，所述的有效值模塊與所述的緩沖器模塊電連接，所述的有效值模塊電連接有電容輸入端，所述的電容輸入端與所述的緩沖器模塊電連接，所述的緩沖器模塊與所述的壓控振蕩器電連接。所述的功率管驅動模塊包括高壓驅動模塊和死區(qū)時間產生模塊，所述的死區(qū)時間產生模塊與所述的壓控振蕩器電連接，所述的高壓驅動模塊與所述的死區(qū)時間產生模塊電連接，所述的死區(qū)時間產生模塊與所述的功率管模塊電連接，所述的高壓驅動模塊與所述的功率管模塊電連接，所述的高壓驅動模塊電連接有自舉電源端。所述的功率管模塊包括第一功率管和第二功率管，所述的第一功率管的源極與所述的第二功率管的漏極電連接，所述的第一功率管的柵極與所述的高壓驅動模塊電連接，所述的第二功率管的柵極與所述的死區(qū)時間產生模塊電連接，所述的第一功率管的漏極電連接有高壓電源端，所述的第一功率管的源極電連接有半橋中點端。所述的數(shù)字邏輯控制模塊內設置有包括固定的預熱時間、點火時間、超功率時間、過渡時間和正常工作時間的時序控制電路。所述的溫度保護模塊包括零溫度系數(shù)電壓模塊、負溫度系數(shù)電壓模塊和四個第二遲滯比較器，所有第二遲滯比較器的正輸入端均與所述的零溫度系數(shù)電壓模塊的輸出端電連接，所有第二遲滯比較器的負輸入端均與所述的負溫度系數(shù)電壓模塊的輸出端電連接。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點在于在集成電路中加入了強制抖頻模塊，通過強制抖頻控制電路在對壓控振蕩器進行強制抖頻，有效改善電路EMC (電磁兼容)，從而可以提高節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的工作頻率并保證了負載工作的穩(wěn)定性；進而使諧振電感的尺寸大大縮小，從而大幅減小節(jié)能燈鎮(zhèn)流器的體積，降低了鎮(zhèn)流器的成本；又由于設置有恒電流控制模塊，同時兼容輸出恒電流控制及工作頻率強制抖頻的工作方式，進一步優(yōu)化了集成電路的功能，有效降低了本集成電路應用時其外圍電路的成本；又由于數(shù)字邏輯控制模塊內設置有包括固定的預熱時間、點火時間、超功率時間、過渡時間和正常工作時間的時序控制電路，去除了常規(guī)此類驅動集成電路需要外接定時元器件來設定預熱時間長度的做法，有效減少了節(jié)能燈集成電路外圍的結構與器件，進一步優(yōu)化了集成電路的功能，降低了節(jié)能燈的制造成本；且溫度保護模塊根據溫度智能調節(jié)節(jié)能燈的輸出功率和工作模式，增強了節(jié)能燈使用的安全性。

圖1為傳統(tǒng)的半橋驅動集成電路的原理框圖；圖2為本實用新型的原理框圖；[0013]圖3為本實用新型中強制抖頻模塊的原理框圖；圖4為本實用新型中恒電流控制模塊的電路圖；圖5為本實用新型中數(shù)字邏輯控制模塊的電路圖；圖6為本實用新型中溫度保護模塊的原理框圖；圖7為本實用新型中溫度保護模塊的電路圖；圖8為本實用新型中溫度保護模塊的工作原理示意圖；圖9為本實用新型所具有的固定工作時序不意圖；圖10為本實用新型的半橋驅動集成電路應用于節(jié)能燈時的電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。如圖所示，一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，包括恒電流控制模塊、過流保護模塊0CP、容性保護模塊CapMode、數(shù)字邏輯控制模塊logic、溫度保護模塊0ΤΡ、壓控振蕩器VC0、功率管驅動模塊、功率管模塊和給各模塊單元供電的內部電源模塊，恒電流控制模塊與壓控振蕩器VCO電連接，容性保護模塊CapMode與恒電流控制模塊電連接，容性保護模塊CapMode電連接有供電反饋端DVDT，數(shù)字邏輯控制模塊logic與恒電流控制模塊電連接，數(shù)字邏輯控制模塊logic與溫度保護模塊OTP電連接，數(shù)字邏輯控制模塊logic與壓控振蕩器VCO電連接，壓控振蕩器VCO與過流保護模塊OCP電連接，恒電流控制模塊電連接有電流檢測輸入端CS，電流檢測輸入端CS與過流保護模塊OCP電連接，壓控振蕩器VCO與功率管驅動模塊電連接，功率管驅動模塊與功率管模塊電連接，內部電源模塊電連接有電源輸入端VDD和芯片地端GND，壓控振蕩器VCO電連接有強制抖頻模塊，強制抖頻模塊包括偏置電流源、抖頻頻率振蕩器、抖頻頻率控制電流源、加法器、對稱設置的第一電流鏡和第二電流鏡，抖頻頻率振蕩器與抖頻頻率控制電流源電連接，偏置電流源與加法器電連接，所述抖頻頻率控制電流源與加法器電連接，加法器與第一電流鏡電連接，加法器與第二電流鏡電連接，壓控振蕩器VCO包括第一遲滯比較器、二分頻電路和充放電電容，第一遲滯比較器的輸出端與二分頻電路電連接，第一遲滯比較器的正輸入端電連接有輸入參考電壓VH和VL，充放電電容的第一連接端與第一遲滯比較器的負輸入端電連接，充放電電容的第二連接端接地，第一電流鏡的供電電流大小控制端Ictrll與充放電電容的第一連接端電連接，第二電流鏡的供電電流大小控制端Ictrl2通過開關與充放電電容的第一連接端電連接，開關與第一遲滯比較器的輸出端電連接，恒電流控制模塊包括絕對值模塊ABS、有效值模塊RMS和緩沖器模塊buffer，絕對值模塊ABS與電流檢測輸入端CS電連接，絕對值模塊ABS與有效值模塊RMS電連接，容性保護模塊CapMode與有效值模塊RMS電連接，數(shù)字邏輯控制模塊logic與有效值模塊RMS電連接，有效值模塊RMS與緩沖器模塊buffer電連接，有效值模塊RMS電連接有電容輸入端Cl，電容輸入端Cl與緩沖器模塊buffer電連接，緩沖器模塊buffer與壓控振蕩器VCO電連接，功率管驅動模塊包括高壓驅動模塊HV driver和死區(qū)時間產生模塊deadtime,死區(qū)時間產生模塊deadtime與壓控振蕩器VCO電連接,高壓驅動模塊HV driver與死區(qū)時間產生模塊deadtime電連接,死區(qū)時間產生模塊deadtime與功率管模塊電連接，高壓驅動模塊HV driver與功率管模塊電連接，高壓驅動模塊HV driver電連接有自舉電源端VB，功率管模塊包括第一功率管MOSl和第二功率管M0S2，第一功率管MOSl的源極與第二功率管M0S2的漏極電連接，第一功率管MOSl的柵極與高壓驅動模塊HVdriver電連接,第二功率管M0S2的柵極與死區(qū)時間產生模塊deadtime電連接,第一功率管MOSl的漏極電連接有高壓電源端HV，第一功率管MOSl的源極電連接有半橋中點端HB，數(shù)字邏輯控制模塊logic內設置有包括固定的預熱(prht)時間、點火(ignition)時間、超功率(boost)時間、過渡(transition)時間和正常工作(burn)時間的時序控制電路,溫度保護模塊OTP包括零溫度系數(shù)電壓模塊、負溫度系數(shù)電壓模塊和四個第二遲滯比較器，所有第二遲滯比較器的正輸入端均與零溫度系數(shù)電壓模塊的輸出端電連接，所有第二遲滯比較器的負輸入端均與負溫度系數(shù)電壓模塊的輸出端電連接。其中:內部電源模塊為集成電路內各功能模塊提供電源；恒電流控制模塊將電流檢測輸入信號的有效值轉變成為控制電壓信號，通過壓控振蕩器VCO調節(jié)工作頻率，進而調節(jié)輸出電流，實現(xiàn)輸出的恒流控制。恒電流控制模塊包括絕對值模塊ABS、有效值模塊RMS和緩沖器模塊buffer，絕對值模塊ABS用于將電流檢測輸入信號取絕對值；有效值模塊RMS將絕對值模塊ABS輸出的信號通過電容進行積分運算；緩沖器模塊Buffer將有效值模塊RMS輸出的信號進行比例變換和緩沖驅動；壓控振蕩器VCO產生受控的工作頻率，實現(xiàn)恒流控制和抖頻功能；強制抖頻模塊控制壓控振蕩器VCO進行抖頻；死區(qū)時間產生模塊deadtime產生死區(qū)時間，降低開關損耗；高壓驅動模塊HV driver驅動第一功率管MOSl ;數(shù)字邏輯控制模塊logic用來控制電路從啟動到最后正常工作的一系列狀態(tài)；過流保護模塊OCP當電流檢測輸入端CS電壓超過限定值即電路發(fā)生過流時，它將控制壓控振蕩器VCO提升一倍的工作頻率；容性保護模塊CapMode使節(jié)能燈電燈電子鎮(zhèn)流器工作在容性狀態(tài)時進行升頻保護；溫度保護模塊OTP實時監(jiān)測第一功率管MOSl和第二功率管M0S2的晶片溫度，并根據不同的溫度實現(xiàn)對數(shù)字邏輯控制模塊logic狀態(tài)的調整。本實用新型的半橋驅動集成電路應用于節(jié)能燈的電路圖如圖10所示，其中FS為保險電阻，在電路短路或其它異常情況時，該保險電阻熔斷，有效保護了后面的其它元器件，BDl為整流橋，將輸入為220-240V的交流電整流成約310V左右的直流高壓HV，⑶為電解電容，其作用是有效減小直流高壓HV的紋波電壓。LI為磁珠，和CO、CD 一起形成π形濾波器，可有效濾除電路中的雜波，使整燈能順利通過EMC限值要求。Rl和Cl組成充電啟動電路。首次接通電源時，直流高壓HV通過Rl和Cl對芯片供電，正常工作后芯片通過C2饋電至DVDT引腳供電。Cl為恒電流控制模塊的電容輸入端，用于實現(xiàn)積分運算。R2為電流采樣電阻，用于調節(jié)節(jié)能燈電燈電子鎮(zhèn)流器的輸出電流。C3為第一功率管MOSl的自舉電容。C5為隔直電容。L2、C6和燈管Lamp組成諧振網絡，C6在燈管Lamp啟動時提供了瞬間聞壓，可使燈管Lamp擊穿而啟動。本實用新型應用于節(jié)能燈中的工作時序為:如圖9所示，系統(tǒng)首先工作在預熱(prht)模式，此時節(jié)能燈尚未點亮，系統(tǒng)的工作頻率小于L2、C6和燈管L組成的諧振網絡的諧振頻率；進入點火(ignition)狀態(tài),系統(tǒng)的工作頻率逐漸降低,使燈管Lamp兩端產生瞬間高壓而點亮發(fā)光；在超功率(boost)狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定工作在一個較高的輸出功率，經過過渡(transition)狀態(tài)逐漸降低輸出功率達到正常工作(burn)狀態(tài)實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出。本實用新型應用于節(jié)能燈中的強制抖頻的工作原理:如圖3所示，抖頻頻率振蕩器產生一個一定頻率抖頻信號到抖頻頻率控制電流源；抖頻頻率控制電流源和偏置電流源產生一個隨抖頻頻率變化的階梯電流通過第一電流鏡和第二電流鏡作為壓控振蕩器VCO的充放電電容的充放電電流；從而使壓控振蕩器VCO輸出一個隨抖頻頻率變化的工作頻率，實現(xiàn)強制抖頻。本實用新型應用于節(jié)能燈中的恒流控制的工作原理:如圖2所示，電流檢測輸入信號通過絕對值模塊ABS取絕對值以及有效值模塊RMS的電容進行積分運算轉換成和電流檢測輸入信號的有效值反相的電壓信號控制壓控振蕩器VCO調節(jié)工作頻率，進而調節(jié)輸出電流，實現(xiàn)輸出的恒流控制。當電流檢測輸入信號反饋的電流小時，恒電流控制模塊的輸出電壓變大，控制壓控振蕩器VCO的工作頻率變低，使輸出電流增大；反之，當電流檢測輸入信號反饋的電流大時，恒電流控制模塊的輸出電壓變小，控制壓控振蕩器VCO的工作頻率變高，使輸出電流減小。本實用新型應用于節(jié)能燈中的溫度保護模塊OTP的工作原理:如圖8所示，在點火(ignition)狀態(tài)若系統(tǒng)溫度高于90°C，則系統(tǒng)直接越過超功率狀態(tài)和過渡狀態(tài)，進入正常工作狀態(tài)；在超功率(boost)狀態(tài)若系統(tǒng)溫度高于120°C，則系統(tǒng)直接進入過渡狀態(tài)；在正常工作(burn)狀態(tài)若系統(tǒng)溫度高于140°C，則通過提升運行工作頻率的方法將系統(tǒng)功率降低至75%額定功率狀態(tài)，直至系統(tǒng)溫度低于80度，再恢復成超功率工作模式；若系統(tǒng)溫度如果高于170°C，則直接關斷系統(tǒng)。
權利要求1.一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，其特征在于:包括恒電流控制模塊、過流保護模塊、容性保護模塊、數(shù)字邏輯控制模塊、溫度保護模塊、壓控振蕩器、功率管驅動模塊、功率管模塊和給各模塊單元供電的內部電源模塊，所述的恒電流控制模塊與所述的壓控振蕩器電連接，所述的容性保護模塊與所述的恒電流控制模塊電連接，所述的容性保護模塊電連接有供電反饋端，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的恒電流控制模塊電連接，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的溫度保護模塊電連接，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的壓控振蕩器電連接，所述的壓控振蕩器與所述的過流保護模塊電連接，所述的恒電流控制模塊電連接有電流檢測輸入端，所述的電流檢測輸入端與所述的過流保護模塊電連接，所述的壓控振蕩器與所述的功率管驅動模塊電連接，所述的功率管驅動模塊與所述的功率管模塊電連接，所述的內部電源模塊電連接有電源輸入端和芯片地端，所述的壓控振蕩器電連接有強制抖頻模塊。
2.根據權利要求1所述的一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，其特征在于:所述的強制抖頻模塊包括偏置電流源、抖頻頻率振蕩器、抖頻頻率控制電流源、加法器、對稱設置的第一電流鏡和第二電流鏡，所述的抖頻頻率振蕩器與所述的抖頻頻率控制電流源電連接，所述的偏置電流源與所述的加法器電連接，所述抖頻頻率控制電流源與所述的加法器電連接，所述的加法器與所述的第一電流鏡電連接，所述的加法器與所述的第二電流鏡電連接，所述的壓控振蕩器包括第一遲滯比較器、二分頻電路和充放電電容，所述的第一遲滯比較器的輸出端與所述的二分頻電路電連接，所述的第一遲滯比較器的正輸入端電連接有輸入參考電壓，所述的充放電電容的第一連接端與所述的第一遲滯比較器的負輸入端電連接，所述的充放電電容的第二連接端接地，所述的第一電流鏡的供電電流大小控制端與所述的充放電電容的第一連接端電連接，所述的第二電流鏡的供電電流大小控制端通過開關與所述的充放電電容的第一連接端電連接，所述的開關與所述的第一遲滯比較器的輸出端電連接。
3.根據權利要求1所述的一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，其特征在于:所述的恒電流控制模塊包括絕對值模塊、有效值模塊和緩沖器模塊，所述的絕對值模塊與所述的電流檢測輸入端電連接，所述的絕對值模塊與所述的有效值模塊電連接，所述的容性保護模塊與所述的有效值模塊電連接，所述的數(shù)字邏輯控制模塊與所述的有效值模塊電連接，所述的有效值模塊與所述的緩沖器模塊電連接，所述的有效值模塊電連接有電容輸入端，所述的電容輸入端與所述的緩沖器模塊電連接，所述的緩沖器模塊與所述的壓控振蕩器電連接。
4.根據權利要求1所述的一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，其特征在于:所述的功率管驅動模塊包括高壓驅動模塊和死區(qū)時間產生模塊，所述的死區(qū)時間產生模塊與所述的壓控振蕩器電連接，所述的高壓驅動模塊與所述的死區(qū)時間產生模塊電連接，所述的死區(qū)時間產生模塊與所述的功率管模塊電連接，所述的高壓驅動模塊與所述的功率管模塊電連接，所述的高壓驅動模塊電連接有自舉電源端。
5.根據權利要求4所述的一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，其特征在于:所述的功率管模塊包括第一功率管和第二功率管，所述的第一功率管的源極與所述的第二功率管的漏極電連接，所述的第一功率管的柵極與所述的高壓驅動模塊電連接，所述的第二功率管的柵極與所述的死區(qū)時間產生模塊電連接， 所述的第一功率管的漏極電連接有高壓電源端，所述的第一功率管的源極電連接有半橋中點端。
6.根據權利要求1所述的一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，其特征在于:所述的數(shù)字邏輯控制模塊內設置有包括固定的預熱時間、點火時間、超功率時間、過渡時間和正常工作時間的時序控制電路。
7.根據權利要求1所述的一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，其特征在于:所述的溫度保護模塊包括零溫度系數(shù)電壓模塊、 負溫度系數(shù)電壓模塊和四個第二遲滯比較器，所有第二遲滯比較器的正輸入端均與所述的零溫度系數(shù)電壓模塊的輸出端電連接，所有第二遲滯比較器的負輸入端均與所述的負溫度系數(shù)電壓模塊的輸出端電連接。
專利摘要本實用新型公開了一種節(jié)能燈專用半橋驅動集成電路，包括恒電流控制模塊、過流保護模塊、容性保護模塊、數(shù)字邏輯控制模塊、溫度保護模塊、壓控振蕩器、功率管模塊、功率管驅動模塊和給各模塊單元供電的內部電源模塊，特點是壓控振蕩器電連接有強制抖頻模塊；優(yōu)點是通過強制抖頻控制電路在對壓控振蕩器進行強制抖頻，有效改善電路的電磁兼容，從而可以提高節(jié)能燈電子鎮(zhèn)流器的工作頻率并保證了負載工作的穩(wěn)定性；進而使諧振電感的尺寸大大縮小，從而大幅減小節(jié)能燈鎮(zhèn)流器的體積，也降低了鎮(zhèn)流器的成本。
文檔編號H05B37/02GK203015210SQ20122069001
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權日2012年12月13日
發(fā)明者李陽, 錢建平 申請人:浙江陽光照明電器集團股份有限公司